Verbundprojekt: Quantum-enhanced Raman spectroscopy for bioimaging applications (QuRaman) - Teilvorhaben: Entwicklung und Bau einer gepulsten Quelle für gequetschtes und abstimmbares Licht für ein Quanten-Raman-Mikroskop

Die Genauigkeit der klassischen optischen Erkennung wird grundsätzlich durch das Schrotrauschen eingeschränkt. Wir setzten Quantenlicht ein, um die klassischen Grenzen der spektroskopischen Bildgebung zu erweitern. Die Raman-Mikroskopie ist intensiv für die Identifizierung von Biomarkern genutzt wird, die mit Krankheitsstatus und -verlauf korrelieren. Leider ist das Raman-Signal von kleinen biologischen Proben extrem schwach. Dies erfordert den Einsatz hoher Strahlungsleistungen, um ein zufriedenstellendes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen. In biologischen Systemen muss die optische Intensität jedoch unterhalb bestimmter Schwellenwerte gehalten werden, um eine Schädigung der Proben zu vermeiden. Im QuRAMAN-Projekt werden wir ein neuartiges Quanten-Raman-Mikroskop entwickeln, das den Einsatzbereich der optischen Mikroskopie für biomedizinische und bildgebende Anwendungen erweitert. Der Stokesstrahl des Quanten-Raman Mikroskops ist ein Lichtstrahl mit gequetschter Amplitude. Das SNR des Mikroskops lässt sich so deutlich erhöhen. Dies erfolgt ohne die optische Intensität zu erhöhen, wodurch das Problem der optischen Beschädigung der Probe gemildert wird. Die Hauptaufgabe der MPL-Gruppe ist die Entwicklung und der Bau einer Quelle für gepulstes gequetschtes Licht, das als Stokesstrahl im Mikroskop eingesetzt wird. Dies geschieht durch einen gepulsten parametrischen Wellenverstärker auf Basis eines nichtlinearen Kristalls. Außerdem wird die MPL-Gruppe die durchstimmbare Pumpquelle für das Quanten-Raman-Mikroskop entwickeln. Dies erfolgt auf Basis eines durchstimmbaren Dauerstrichlasers in einem weiteren optischen parametrischen Verstärker. Schließlich werden die Pump- und Stokes Quellen für den Plug&Play Betrieb optimiert und zusammen mit den Komponenten der anderen Partner in das Mikroskop integriert. Das Mikroskop wird dann zur Unterstützung von biologischer Bildgebung und Quantentechnologien in Bildung, Wissenschaft und Industrie eingesetzt werden.